采煤機不同截割厚度對截割性能的影響分析 *

郝 杰

(山西潞安環保能源股份開發有限公司五陽煤礦，山西 長治 046205)

0 引 言

采煤機是進行煤礦綜采的重要設備，采煤機的截割性能對于煤礦的開采具有重要的意義。由于現代社會工業化生產的節奏較快，對于煤礦開采的效率要求越來越高。在采煤機進行采煤作業時，截齒截割煤巖厚度的大小，對于采煤的效率及塊煤率都具有重要的影響[1]。從截齒截割的過程入手提高采煤機的作業效率及截割性能是近年來研究的熱點，筆者以截割厚度作為采煤機開采的重要參數，采用離散元仿真的方式，對不同截割厚度時的截割性能進行分析，從而確定截割厚度對采煤作業截割性能的影響規律，選取最優的截割厚度，提高采煤作業的效率及性能，提高煤礦的經濟效益。

1 不同截割厚度煤巖截割的模型

采煤機在進行煤巖截割的過程中，截割厚度的大小通過牽引速度和滾筒的轉速決定，改變截割厚度的大小，需同時對牽引速度和轉速進行調整實現。截割厚度的不同，截齒受到的截割阻力不同，從而影響到截齒的磨損狀態不同[2]。在不同的截割厚度下，參與截割的截齒數量及位置不同，使得截齒的截割比能耗不同，并且影響開采的煤樣的塊煤率。在實際的應用中，選取合適的截割厚度，要能減小截齒的磨損，減小截割比能耗[3]，提高采集的煤樣的塊煤率，并盡量保證采煤機截割阻力穩定，減少沖擊，從而可以提高采煤機各零件的使用壽命。

采用離散元分析的方式，對不同截割厚度的截割性能進行分析，首先要建立煤巖的截割模型。離散元分析采用晶格模型的方式表示煤樣材料，通過晶格模型間的彈簧量來模擬煤樣的破裂問題[4]。RockBox3D-MLS是進行離散元分析的前后處理的軟件，采用RockBox3D-MLS建立煤巖的模型，選取煤巖模型的體積為60×40×60cm，設定煤巖的材料參數，密度值為2 400 kg/m3，彈性模量為1.63 GPa，泊松比為0.21。同時建立截齒的三維模型，選用鋼質材料，設定密度值為7 800 kg/m3，彈性模量為270 GPa，泊松比為0.3，對模型進行一定的簡化處理[5]。選擇不同的截割厚度分別為1 cm、3 cm、5 cm及7 cm，滾筒轉速為60 r/min，其余參數設定一致，其截割示意圖如圖1所示。

圖1 不同截割厚度截割示意圖

依據離散元分析，在求解器中設置四種不同的截割厚度，采用RockBox3D-MLS對模型進行處理，并在求解結果中設置煤巖的破碎數據，不同截割厚度的煤巖截割模型如圖2所示。

圖2 不同截割厚度的截割模型

2 不同截割厚度煤巖截割性能分析

依據所設定的模型參數對不同截齒厚度的截割過程進行模擬，并對煤巖的破碎率進行統計，得到如圖3所示的不同截割厚度的破碎率變化曲線。

從圖3中的曲線可以看出，在不同的截割厚度下，隨著截割過程的進行，煤巖的破碎率變化曲線相差較大，破碎率曲線的斜率變化不一，但隨著截割厚度的增加，煤巖的破碎率在數值上呈逐漸上升的趨勢。

圖3 不同截割厚度的破碎率變化曲線

為進一步對比破碎率的大小變化，將四種不同截割厚度下的破碎率進行統計并作圖，得到如圖4所示的不同截割厚度的破碎率斜率變化對比圖。從圖4中可以看出，隨著截割厚度的增加，破碎率的平均斜率增加，說明此時的塊煤率增加。在截割厚度為1 cm時，破碎率的最大斜率值較小，這表明此時采集的煤樣的塊煤率低，且在這種情況下采煤作業的粉塵量較大，不利于截割過程的進行[6]。當截割厚度增加時，在1～3 cm時，破碎率的斜率變化不大，而增加到5～7 cm時，則破碎率的平均斜率增加較大，此時的塊煤率增加，且開采過程中的粉塵量較小，有利于截割過程的進行。截割厚度小時，截齒受到的截割阻力較小，但開采過程中的粉塵量較大，采集的煤樣塊煤率低；截割厚度大時，截齒受到的截割阻力較大，采集過程中的粉塵量較小，且采集的煤樣塊煤率高。在實際進行采煤機作業時，應在破碎率的斜率增加較大的區域選擇較大的截割厚度，由此可以提高截割作業的效率，并且獲得的煤樣的塊煤率高。同時，在截割過程中，應綜合考慮到煤巖的性質差異及截齒的壽命，不能簡單追求較大的截割厚度，而造成截齒壽命的減小，選取適宜的截割厚度，通過調整采煤機的牽引速度和滾筒轉速實現最優的截割厚度。

圖4 不同截割厚度的破碎率斜率變化對比

3 總 結

采煤機是進行綜合機械化采煤作業的重要設備，采煤機的效率對于煤礦的開采效率具有重要的影響。

采煤機截齒進行截割的過程相對復雜，其截割性能的優劣決定了采煤效率及截齒的使用壽命。截齒進行截割的過程，是動態變化的過程，截割厚度是影響截割性能的重要參數，對于截割的效率及塊煤率，開采過程中的粉塵量等都有影響。采用離散元仿真的方式對不同截割厚度下的截割過程進行模擬，對煤巖的破碎率進行統計分析。結果表明，隨著截割厚度的增加，煤巖破碎率的平均斜率也在逐漸增加，此時的塊煤率隨之增加。在截割厚度為5～7 cm時，煤巖的破碎率斜率增加較大。在采煤實際工作時，應在塊煤率增加較大的區域內提高截割厚度，從而提高采煤機的截割效率，提高煤礦的經濟效益。